电气测量技术第三章.pptx

电气测量技术1 第三章 比较式电测仪表 比较式电测仪表比较式电测仪表将被测对象直接与标准量作将被测对象直接与标准量作比较，从而确定被测对象的大小。使用的标准量比较，从而确定被测对象的大小。使用的标准量包括标准电压（标准电池、齐纳管稳压值等）、包括标准电压（标准电池、齐纳管稳压值等）、标准电阻、标准电容、标准电感等。标准电阻、标准电容、标准电感等。比较式仪表的概述电气测量技术2 比较式电测仪表比较式仪表的分类比较式电测仪表比较式电测仪表比较式电测仪表比较式电测仪表电桥测量仪表电桥测量仪表补偿测量仪表补偿测量仪表全补偿全补偿全补偿全补偿差值补偿差值补偿差值补偿差值补偿直流电桥直流电桥直流电桥直流电桥交流电桥交流电桥交流电桥交流电桥将被测量与已知标将被测量与已知标准量相比较，当检准量相比较，当检测仪表指零时，达测仪表指零时，达到全补偿状态。到全补偿状态。先利用标准量对被测量进先利用标准量对被测量进行补偿，再对剩下的被测行补偿，再对剩下的被测量与标准量间的微小差值量与标准量间的微小差值进行测量。进行测量。第三章 比较式电测仪表back电气测量技术33.1 直流电位差计 第三章 比较式电测仪表电位差计：电位差计：根据补偿法或对消法测试根据补偿法或对消法测试原理对静电场或电路中两原理对静电场或电路中两点间的电动势之差的测量点间的电动势之差的测量直流电位差计直流电位差计（Direct-current potentiometer）是一个测量直流电压的仪器，它用一个已知电压与被测是一个测量直流电压的仪器，它用一个已知电压与被测电压相平衡，该已知电压可以由固定电流流过可调电阻电压相平衡，该已知电压可以由固定电流流过可调电阻或由可调电流流过固定电阻来获得，或者由它们的组合或由可调电流流过固定电阻来获得，或者由它们的组合而获得。而获得。电气测量技术43.1 直流电位差计 第三章 比较式电测仪表电位差计测量电压有以下优点：电位差计测量电压有以下优点：电位差计是一个电阻分压装置，可产生准确、已知、有电位差计是一个电阻分压装置，可产生准确、已知、有一定调节范围的电压，用它与被测电压比较，可以得到一定调节范围的电压，用它与被测电压比较，可以得到被测电压值。被测电压的测量值仅取决于电阻和标准电被测电压值。被测电压的测量值仅取决于电阻和标准电动势，因而可以达到较高的测量准确度。动势，因而可以达到较高的测量准确度。在在“校准校准”和和“测量测量”中检流计两次都指示为零，表明中检流计两次都指示为零，表明测量时既不从标准回路的标准电动势（通常是标准电池）测量时既不从标准回路的标准电动势（通常是标准电池）中，也不从测量回路中分出电流。因此不改变被测回路中，也不从测量回路中分出电流。因此不改变被测回路的原有状态，同时避免测量回路导线电阻、标准电池内的原有状态，同时避免测量回路导线电阻、标准电池内阻以及被测回路等效内阻等对测量准确度的影响，这是阻以及被测回路等效内阻等对测量准确度的影响，这是补偿法测量准确度较高的另一原因。补偿法测量准确度较高的另一原因。电气测量技术53.1 直流电位差计S S1 1I I1 1mAR R1 1R R2 2R Rn nR RS S2 2S Sn nP PU Ux xU Us sI I0 0I I2 2I In nE E+定阻变流式定阻变流式S SI I0 0定阻变流式定阻变流式定阻变流式定阻变流式电流表的准确度限制了电流表的准确度限制了电位差计的准确度电位差计的准确度 第三章 比较式电测仪表电气测量技术6 比较式电测仪表3.1 直流电位差计定流变阻式定流变阻式定流变阻式定流变阻式1.S拨在拨在1，调节，调节R0，使检流计，使检流计G指指零。零。2.S拨向拨向2，调节，调节R的滑动端，以的滑动端，以改变标准电压改变标准电压US，当检流计，当检流计G再再次指零时，说明次指零时，说明Ux与与R上的压降上的压降相互补偿。相互补偿。第三章 比较式电测仪表定流变阻式定流变阻式定流变阻式定流变阻式S SR R0 0R RR RN NP PUxUsI I0 0E E+RRE EN N1 12 2I IIIII回路回路I为校准回路为校准回路回路回路II为测量回路为测量回路 电气测量技术7 比较式电测仪表3.1 直流电位差计 第三章 比较式电测仪表电气测量技术8 比较式电测仪表3.1 直流电位差计的分类 第三章 比较式电测仪表 直流电位差计按被测电压端口输出电阻的高低可分高阻电位差计（输出电阻大于10k/V）和低阻电位差计（输出电阻小于100/V）：高阻电位差计用于测量大电阻上的电压及高内阻电源的电动势，其工作电流小，不需大容量工作电源供电；低阻电位差计用于测量小电阻的电压及低内阻电源的电动势，其工作电流大，应由大容量电源供电。直流电位差计按测量量限可分高电压电位差计（测量上限2V左右，输出电阻高达2104，工作电流I0为0.1mA左右）和低电压电位差计（测量上限20mV左右，输出电阻20，工作电流I0为1mA左右）。直流电位差计还可按使用条件分实验室型和便携型两类。电气测量技术93.1 直流电位差计的应用R R1 1P PUUx xU Us s电电电电位位位位差差差差计计计计R R2 2U Ux x电位差计测高压电位差计测高压电位差计测高压电位差计测高压U U负负负负载载载载P PU Ux xU Us s电电电电位位位位差差差差计计计计R RN NI Ix x电位差计测电流电位差计测电流电位差计测电流电位差计测电流 第三章 比较式电测仪表back 直流电位差计除了可以测量有限大小的电压或电动势外，还可以用来测量高电压（高电动势）、电流、直流功率和电阻。电气测量技术103.2 电桥 2.2.1 概述（电桥：概述（电桥：bridge）2.2.2 直流电桥：直流电桥：D.C.bridge 2.2.3 交流电桥：交流电桥：A.C.bridge 2.2.4 有源电桥：有源电桥：active bridge 2.2.5 数字电桥：数字电桥：digital bridge 2.2.6 智能电桥：智能电桥：intelligent bridge 第三章 比较式电测仪表back电气测量技术11 比较式电测仪表3.2.1 电桥 第三章 比较式电测仪表电桥主要用于测量电路元件（如直流电阻、交流电感、电容电容、电阻等）的量值、变化量，也用于测量转换为电参数的非电量。最早出现的电桥是测电阻用的直流电桥，其中最负盛名的是惠斯通电桥惠斯通电桥。随后，为测交流元件的参数等，发展出种类繁多、用途各异的经典交流经典交流电桥电桥。到20世纪50年代前后，这些电桥的大多数被淘汰，随之出现了一些新型电桥，例如高准确度的感应耦合比例臂电桥感应耦合比例臂电桥，它是由计算电容器计算电容器的需要而不断发展和完善起来的。50年代以后，半导体技术和微计算机的迅速发展，电子器件和数字技术被大量引入测量仪表领域，又出现了有有源电桥源电桥、数字电桥数字电桥和智能化电桥智能化电桥等。back电气测量技术12 比较式电测仪表3.2.2 直流电桥直流电桥直流电桥是测量电阻或与电阻有关参量的比较式仪表，是测量电阻或与电阻有关参量的比较式仪表，它通过被测电阻与标准电阻的比较实现测量，其准确度可达它通过被测电阻与标准电阻的比较实现测量，其准确度可达十万分之几，一般不难做到十万分之几，一般不难做到0.1、0.2级。级。根据结构的不同特点，直流电桥可分为根据结构的不同特点，直流电桥可分为惠斯通惠斯通电桥（单电桥（单比电桥）、比电桥）、开尔文开尔文电桥（双比电桥）、电桥（双比电桥）、高阻高阻电桥和电桥和直流电流直流电流比较式比较式电桥等四种。电桥等四种。惠斯通惠斯通电桥适用于测量中值电阻（电桥适用于测量中值电阻（1106欧），欧），开尔文开尔文电桥适用于测量低值电阻（电桥适用于测量低值电阻（1欧以下）。欧以下）。第三章 比较式电测仪表电气测量技术13 比较式电测仪表 第三章 比较式电测仪表3.2.2 惠斯登电桥 单比电桥也称为惠斯登（单比电桥也称为惠斯登（Wheatstone）电桥，主要用于测量中值电阻。这种测量方法电桥，主要用于测量中值电阻。这种测量方法首先由首先由S.H.Christie于于1833年提出，并由年提出，并由Wheatstone于于1858年以测量小电阻的方法为年以测量小电阻的方法为题刊登在皇家学会（题刊登在皇家学会（London）的报告中。）的报告中。电桥平衡时：电桥平衡时：四臂结构是直流电桥的基本形式。电桥由直流电源供电，平衡时，相邻两桥臂四臂结构是直流电桥的基本形式。电桥由直流电源供电，平衡时，相邻两桥臂电阻的比值等于另外两相邻桥臂电阻的比值。若一对相邻桥臂分别为标准电阻电阻的比值等于另外两相邻桥臂电阻的比值。若一对相邻桥臂分别为标准电阻器和被测电阻器器和被测电阻器,它们的电阻有一定的比值，则为了使电桥平衡，另一对相邻它们的电阻有一定的比值，则为了使电桥平衡，另一对相邻桥臂的电阻必须有相同的比值。根据这一比值和标准电阻器的电阻值可求得被桥臂的电阻必须有相同的比值。根据这一比值和标准电阻器的电阻值可求得被测电阻器的电阻值。测电阻器的电阻值。平衡时的测量结果与电桥电源的电压大小无关。平衡时的测量结果与电桥电源的电压大小无关。电气测量技术14 电桥平衡时，被测电阻的数值与电源电桥平衡时，被测电阻的数值与电源E无关。无关。在灵敏度足够的情况下，电源电压波动对测量结果没有影响。在灵敏度足够的情况下，电源电压波动对测量结果没有影响。电桥的准确度主要由比例臂和比较臂的准确度决定。电桥的准确度主要由比例臂和比较臂的准确度决定。误差公式：误差公式：误差公式：误差公式：电桥准确度级别电桥准确度级别附加误差系数附加误差系数比例臂最小步进电阻值比例臂最小步进电阻值比例系数比例系数a0.02，b取取0.3a0.05，b取取0.2 第三章 比较式电测仪表3.2.2 直流电桥-惠斯登电桥电气测量技术15 第三章 比较式电测仪表3.2.2 直流电桥-惠斯登电桥QJ23a型直流单比电桥简化电路型直流单比电桥简化电路电气测量技术16 比较式电测仪表 第三章 比较式电测仪表3.2.2 直流电桥-开尔文电桥直流双比电桥原理电路用于测量阻值较低用于测量阻值较低（10）的铁芯线圈）的铁芯线圈的电感，平衡时的电感，平衡时3.2.3 交流电桥海氏（海氏（海氏（海氏（HayHay）电桥）电桥）电桥）电桥 第三章 比较式电测仪表电气测量技术27欧文电桥用于电感的准确测量，平衡时欧文电桥用于电感的准确测量，平衡时被测线圈品质因数被测线圈品质因数 选择选择C3、R3作为可调量时，收敛性好且准确率高。作为可调量时，收敛性好且准确率高。3.2.3 交流电桥欧文（欧文（欧文（欧文（OwenOwen）电桥）电桥）电桥）电桥 第三章 比较式电测仪表电气测量技术28若若R1=2R2，R3=R4，C3=C4，则，则文氏文氏（Wien）电桥用于正弦电源频率的测量电桥用于正弦电源频率的测量，平衡时平衡时3.2.3 交流电桥文氏（文氏（文氏（文氏（WienWien）电桥）电桥）电桥）电桥 第三章 比较式电测仪表back电气测量技术293.3 作业P54：2.62.7 第三章 比较式电测仪表back